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Entwicklung eines hochporösen Sinterkörpers mit breiter Porengrößenverteilung für Bodenfeuchtemessungen auf Basis von Kapillarsuspensionen

Entwicklung eines hochporösen Sinterkörpers mit breiter Porengrößenverteilung für Bodenfeuchtemessungen auf Basis von Kapillarsuspensionen
type:Bachelorarbeit
time:ab sofort
tutor:

M.Sc. David Menne

Nichtmetallische, poröse Sinterwerkstoffe werden in unterschiedlichen Bereichen als Funktionswerkstoffe eingesetzt, so z.B. in der Filtration von Getränken, chemischen Abwässern oder Heißgasen, als Katalysatorträger oder Elektrodenmaterial, sowie in der Medizintechnik. Das jeweilige Anwendungsgebiet bestimmt sowohl die Art des eingesetzten Werkstoffs als auch die Porenstruktur des resultierenden Festkörpers.

Ein neues, innovatives Verfahren ermöglicht den Einsatz sogenannter Kapillarsuspensionen als Precursor zur Herstellung hochporöser Sinterkörper mit Porositäten >50 % und einer einstellbaren Porengröße und Porengrößenverteilung. Kapillarsuspensionen entstehen durch Hinzufügen einer geringen Menge einer zweiten, nicht mit der Hauptphase mischbaren, Flüssigkeit zu einer Suspension. Die Zweitphase bildet Kapillarbrücken zwischen den Partikeln aus und es entsteht ein die Probe durchspannendes Partikelnetzwerk.

Auf dieser Basis sollen im Rahmen dieser Abschlussarbeit Keramikkörper für die Verwendung in Bodenfeuchtemessungen hergestellt und auf ihre Mikrostruktur untersucht werden. Die gesinterten und mechanisch stabilen Keramikkörper sollen fest definierte Abmessungen, eine hohe Porosität (>50 %) und eine möglichst breite Porengrößenverteilung (Porendurchmesser 1–100 µm) aufweisen. Als partikuläre Phase wird Aluminiumoxid-Pulver eingesetzt. Die passende Haupt- und Zweitflüssigkeit ist zu ermitteln. Des Weiteren soll für die Herstellung der Grünkörper das Formgebungsverfahren angepasst werden, um dem unkontrolliertem Sinterschrumpf zielgerichtet entgegenzuwirken. Bei der Herstellung der Grünkörper und deren Sintern ist Verzug und Rissbildung zu vermeiden. Diese Prozessschritte sind durch theoretische Überlegungen und Versuche ebenfalls detailliert auszuarbeiten, um gleichbleibende hohe Qualität der Keramiksensoren zu erreichen.

Folgende Parameter sollen systematisch variiert werden, um geeignete Sinterkörper herzustellen:
• Art und Anteil der Hauptphase
• Art und Anteil der Zweitphase
• Partikelgröße
• Sinterbedingungen

Durch Untersuchung der Porenstruktur (Porositätsmessung, REM, µ-CT), der spezifischen Oberfläche (BET), der mechanischen Festigkeit (Druck- und Vier-Punkt-Biegeversuch), sowie der Permeabilität, sollen die hergestellten Keramiken charakterisiert und für den Einsatz in Feuchtigkeitssensoren bewertet werden.

Es soll eine Empfehlung von Parameter-Einstellungen ausgesprochen werden, mit der die gewünschten Produkteigenschaften erzielt werden können.